A filter algorithm: comparison with NLP solvers

The purpose of this work is to present an algorithm to solve nonlinear constrained optimization problems, using the filter method with the inexact restoration (IR) approach. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration—the feasibility and the optimality phases. The first one directs the iterative process into the feasible region, i.e. finds one point with less constraints violation. The optimality phase starts from this point and its goal is to optimize the objective function into the satisfied constraints space. To evaluate the solution approximations in each iteration a scheme based on the filter method is used in both phases of the algorithm. This method replaces the merit functions that are based on penalty schemes, avoiding the related difficulties such as the penalty parameter estimation and the non-differentiability of some of them. The filter method is implemented in the context of the line search globalization technique. A set of more than two hundred AMPL test problems is solved. The algorithm developed is compared with LOQO and NPSOL software packages.

A filter inexact-restoration method for nonlinear programming

A new iterative algorithm based on the inexact-restoration (IR) approach combined with the filter strategy to solve nonlinear constrained optimization problems is presented. The high level algorithm is suggested by Gonzaga et al. (SIAM J. Optim. 14:646–669, 2003) but not yet implement—the internal algorithms are not proposed. The filter, a new concept introduced by Fletcher and Leyffer (Math. Program. Ser. A 91:239–269, 2002), replaces the merit function avoiding the penalty parameter estimation and the difficulties related to the nondifferentiability. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration, the feasibility and the optimality phases. The line search filter is combined with the first one phase to generate a “more feasible” point, and then it is used in the optimality phase to reach an “optimal” point. Numerical experiences with a collection of AMPL problems and a performance comparison with IPOPT are provided.

Risk-based decision support system for life cycle management of industrials plants

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem

Esta dissertação foi realizada em colaboração com o grupo empresarial Monteiro, Ribas e teve como principais objetivos efetuar uma avaliação das melhores técnicas disponíveis relativas à refrigeração industrial e às emissões resultantes da armazenagem. O primeiro objetivo teve como alvo todas as instalações da Monteiro, Ribas enquanto que o segundo objetivo se debruçou sobre Monteiro, Ribas, Embalagens Flexíveis, S.A.. Para cumprir estes objetivos, inicialmente efetuou-se um levantamento das melhores técnicas disponíveis apresentadas nos respetivos documentos de referência. Em seguida selecionaram-se as técnicas que se adequavam às condições e às instalações em estudo e procedeu-se a uma avaliação de forma a verificar o grau de implementação das medidas sugeridas no BREF (Best Available Techniques Reference Document). Relativamente aos sistemas de refrigeração industrial verificou-se que estão implementadas quase todas as medidas referenciadas no respetivo documento de referência. Isto prende-se com o facto dos sistemas de refrigeração existentes no complexo industrial Monteiro, Ribas serem relativamente recentes. Foram implementados no ano de 2012, e são caracterizados por apresentarem uma conceção moderna com elevada eficiência. No que diz respeito à armazenagem de produtos químicos perigosos, a instalação em estudo, apresenta algumas inconformidades, uma vez que a maioria das técnicas mencionadas no BREF não se encontram implementadas, pelo que foi necessário efetuar uma avaliação de riscos ambientais, com recurso à metodologia proposta pela Norma Espanhola UNE 150008:2008 – Análise e Avaliação do Risco Ambiental. Para isso procedeu-se então à formulação de vários cenários de riscos e à quantificação de riscos para à Monteiro, Ribas Embalagens Flexíveis S.A., tendo-se apurado que os riscos estavam avaliados como moderados a altos. Por fim foram sugeridas algumas medidas de prevenção e de minimização do risco que a instalação deve aplicar, como por exemplo, o parque de resíduos perigosos deve ser equipado com kits de contenção de derrames (material absorvente), procedimentos a realizar em caso de emergência, fichas de dados de segurança e o extintor deve ser colocado num local de fácil visualização. No transporte de resíduos perigosos, para o respetivo parque, é aconselhável utilizar bacias de contenção de derrames portáteis e kits de contenção de derrames. Relativamente ao armazém de produtos químicos perigosos é recomendado que se proceda a sua reformulação tendo em conta as MTD apresentadas no subcapítulo 5.2.3 desta dissertação.

Linear amplification with multiple nonlinear devices

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica e Computadores

Definição Preliminar das Afluências Indevidas ao Subsistema de Gaia Litoral

O problema das afluências indevidas exerce um impacto considerável, não apenas sobre os sistemas de drenagem de águas residuais, mas também sobre o meio ambiente e as populações e infraestruturas presentes nas áreas de influência. Trata-se de um problema com consequências de dimensões técnica/estrutural, ambiental, social, económico-financeira e de saúde pública. Assim, a minimização das afluências indevidas deve constituir uma preocupação da gestão dos sistemas, visto que a mesma permite que a capacidade de transporte e tratamento instalada seja utilizada para as funções inicialmente planeadas (drenagem e tratamento das águas residuais domésticas) e inclui os benefícios de diminuir os custos associados, melhorar a eficiência dos serviços prestados e rentabilizar as infraestruturas existentes. Do ponto de vista económico, há a possibilidade de intervenção nos casos em que o custo de transporte e/ou tratamento do caudal associado às afluências indevidas é superior ao custo da sua eliminação. Neste sentido, um dos objetivos a atingir pela entidade gestora deverá ser o da redução gradual de afluências indevidas, numa perspetiva de custo-benefício. Neste contexto, o objetivo do presente trabalho - a definição preliminar das afluências indevidas ao Subsistema de Gaia Litoral (incluindo a estimativa dos custos associados) - assume uma importância elevada no controlo e redução dos caudais em excesso, visto que a mesma é parte integrante do plano de minimização de afluências indevidas. No decorrer do trabalho, foram implementados os métodos mais adequados ao tipo e natureza da informação utilizada, de forma a cumprir os objetivos estabelecidos inicialmente. Os resultados obtidos permitiram formular uma definição das afluências indevidas assente em volumes em excesso e seus custos, parâmetros de avaliação e indicadores de desempenho.

Design and implementation of 3D buildings integration for a Webgl-Based Virtual Globe: a case study of Valencian Cadastre and Fide Building Mode

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

Localização Ótima de Aparelhos de Corte Normalmente Abertos e Normalmente Fechados em Redes de Distribuição

Tipicamente as redes elétricas de distribuição apresentam uma topologia parcialmente malhada e são exploradas radialmente. A topologia radial é obtida através da abertura das malhas nos locais que otimizam o ponto de operação da rede, através da instalação de aparelhos de corte que operam normalmente abertos. Para além de manterem a topologia radial, estes equipamentos possibilitam também a transferência de cargas entre saídas, aquando da ocorrência de defeitos. As saídas radiais são ainda dotadas de aparelhos de corte que operam normalmente fechados, estes têm como objetivo maximizar a fiabilidade e isolar defeitos, minimizando a área afetada pelos mesmos. Assim, na presente dissertação são desenvolvidos dois algoritmos determinísticos para a localização ótima de aparelhos de corte normalmente abertos e fechados, minimizando a potência ativa de perdas e o custo da energia não distribuída. O algoritmo de localização de aparelhos de corte normalmente abertos visa encontrar a topologia radial ótima que minimiza a potência ativa de perdas. O método é desenvolvido em ambiente Matlab – Tomlab, e é formulado como um problema de programação quadrática inteira mista. A topologia radial ótima é garantida através do cálculo de um trânsito de potências ótimo baseado no modelo DC. A função objetivo é dada pelas perdas por efeito de Joule. Por outro lado o problema é restringido pela primeira lei de Kirchhoff, limites de geração das subestações, limites térmicos dos condutores, trânsito de potência unidirecional e pela condição de radialidade. Os aparelhos de corte normalmente fechados são localizados ao longo das saídas radiais obtidas pelo anterior algoritmo, e permite minimizar o custo da energia não distribuída. No limite é possível localizar um aparelho de corte normalmente fechado em todas as linhas de uma rede de distribuição, sendo esta a solução que minimiza a energia não distribuída. No entanto, tendo em conta que a cada aparelho de corte está associado um investimento, é fundamental encontrar um equilíbrio entre a melhoria de fiabilidade e o investimento. Desta forma, o algoritmo desenvolvido avalia os benefícios obtidos com a instalação de aparelhos de corte normalmente fechados, e retorna o número e a localização dos mesmo que minimiza o custo da energia não distribuída. Os métodos apresentados são testados em duas redes de distribuição reais, exploradas com um nível de tensão de 15 kV e 30 kV, respetivamente. A primeira rede é localizada no distrito do Porto e é caraterizada por uma topologia mista e urbana. A segunda rede é localizada no distrito de Bragança e é caracterizada por uma topologia maioritariamente aérea e rural.

Structure-function relationships in a glycosyltransferase, a phosphatase and an oxidoreductase

Dissertation presented to obtain the Ph.D degree in Biochemistry

Image processing methodology for assessment of drilling induced damage in CFRP

Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Mecânica

InStory – The Making of na Interactive Digital Narrative

Em cooperação com Glorianna Davenport do M.I.T. Media Lab

Constraint-based modelling of mixed microbial populations: Application to polyhydroxyalkanoates production

Dissertação para obtenção do Grau de Doutor em Engenharia Química e Bioquímica

Bits, Atoms, and Information Sharing: new opportunities for participation

The particular characteristics and affordances of technologies play a significant role in human experience by defining the realm of possibilities available to individuals and societies. Some technological configurations, such as the Internet, facilitate peer-to-peer communication and participatory behaviors. Others, like television broadcasting, tend to encourage centralization of creative processes and unidirectional communication. In other instances still, the affordances of technologies can be further constrained by social practices. That is the case, for example, of radio which, although technically allowing peer-to-peer communication, has effectively been converted into a broadcast medium through the legislation of the airwaves. How technologies acquire particular properties, meanings and uses, and who is involved in those decisions are the broader questions explored here. Although a long line of thought maintains that technologies evolve according to the logic of scientific rationality, recent studies demonstrated that technologies are, in fact, primarily shaped by social forces in specific historical contexts. In this view, adopted here, there is no one best way to design a technological artifact or system; the selection between alternative designs—which determine the affordances of each technology—is made by social actors according to their particular values, assumptions and goals. Thus, the arrangement of technical elements in any technological artifact is configured to conform to the views and interests of those involved in its development. Understanding how technologies assume particular shapes, who is involved in these decisions and how, in turn, they propitiate particular behaviors and modes of organization but not others, requires understanding the contexts in which they are developed. It is argued here that, throughout the last century, two distinct approaches to the development and dissemination of technologies have coexisted. In each of these models, based on fundamentally different ethoi, technologies are developed through different processes and by different participants—and therefore tend to assume different shapes and offer different possibilities. In the first of these approaches, the dominant model in Western societies, technologies are typically developed by firms, manufactured in large factories, and subsequently disseminated to the rest of the population for consumption. In this centralized model, the role of users is limited to selecting from the alternatives presented by professional producers. Thus, according to this approach, the technologies that are now so deeply woven into human experience, are primarily shaped by a relatively small number of producers. In recent years, however, a group of three interconnected interest groups—the makers, hackerspaces, and open source hardware communities—have increasingly challenged this dominant model by enacting an alternative approach in which technologies are both individually transformed and collectively shaped. Through a in-depth analysis of these phenomena, their practices and ethos, it is argued here that the distributed approach practiced by these communities offers a practical path towards a democratization of the technosphere by: 1) demystifying technologies, 2) providing the public with the tools and knowledge necessary to understand and shape technologies, and 3) encouraging citizen participation in the development of technologies.

Concordance between expected and observed bacilloscopy results of clinical forms of leprosy: a 6-year retrospective study in Recife, State of Pernambuco, Brazil

INTRODUCTION: Operational classification of leprosy based on the number of skin lesions was conceived to screen patients presenting severe forms of the disease to enable their reception of a more intense multidrug regimen without having to undergo lymph smear testing. We evaluated the concordance between operational classification and bacilloscopy to define multibacillary and paucibacillary leprosy. METHODS: We selected 1,213 records of individuals with leprosy, who were untreated (new cases) and admitted to a dermatology clinic in Recife, Brazil, from 2000 to 2005, and who underwent bacteriological examination at diagnosis for ratification of the operational classification. RESULTS: Compared to bacilloscopy, operational classification demonstrated 88.6% sensitivity, 76.9% specificity, a positive predictive value of 61.8%, and a negative predictive value of 94.1%, with 80% accuracy and a moderate kappa index. Among the bacilloscopy-negative cases, 23% had more than 5 skin lesions. Additionally, 11% of the bacilloscopy-positive cases had up to 5 lesions, which would have led to multibacillary cases being treated as paucibacillary leprosy if the operational classification had not been confirmed by bacilloscopy. CONCLUSIONS: Operational classification has limitations that are more obvious in borderline cases, suggesting that in these cases, lymph smear testing is advisable to enable the selection of true multibacillary cases for more intense treatment, thereby contributing to minimization of resistant strain selection and possible relapse.

Analysis of metabolic flux distributions in relation to the extracellular environment in Avian cells

Continuous cell lines that proliferate in chemically defined and simple media have been highly regarded as suitable alternatives for vaccine production. One such cell line is the AG1.CR.pIX avian cell line developed by PROBIOGEN. This cell line can be cultivated in a fully scalable suspension culture and adapted to grow in chemically defined, calf serum free, medium [1]–[5]. The medium composition and cultivation strategy are important factors for reaching high virus titers. In this project, a series of computational methods was used to simulate the cell’s response to different environments. The study is based on the metabolic model of the central metabolism proposed in [1]. In a first step, Metabolic Flux Analysis (MFA) was used along with measured uptake and secretion fluxes to estimate intracellular flux values. The network and data were found to be consistent. In a second step, Flux Balance Analysis (FBA) was performed to access the cell’s biological objective. The objective that resulted in the best predicted results fit to the experimental data was the minimization of oxidative phosphorylation. Employing this objective, in the next step Flux Variability Analysis (FVA) was used to characterize the flux solution space. Furthermore, various scenarios, where a reaction deletion (elimination of the compound from the media) was simulated, were performed and the flux solution space for each scenario was calculated. Growth restrictions caused by essential and non-essential amino acids were accurately predicted. Fluxes related to the essential amino acids uptake and catabolism, the lipid synthesis and ATP production via TCA were found to be essential to exponential growth. Finally, the data gathered during the previous steps were analyzed using principal component analysis (PCA), in order to assess potential changes in the physiological state of the cell. Three metabolic states were found, which correspond to zero, partial and maximum biomass growth rate. Elimination of non-essential amino acids or pyruvate from the media showed no impact on the cell’s assumed normal metabolic state.